新しい研究によると、超高速レーザーパルスは煙の輪のような渦巻き構造を作り出し、それを互いに接続することで単純な画像情報を伝達できることがわかりました。この発見は、光通信と情報伝送の分野に新たな可能性をもたらします。
これまで、渦は通常、水と空気でのみ観察されていましたが、メリーランド大学のハワード・ミルヒバーグ氏が率いる研究チームは、光線でも同様の渦構造が形成され、渦輪として知られる現象が起こることを発見しました。この構造では、光の粒子（または光子）が煙の輪の中の空気粒子のようにねじれて回転します。
ミルヒバーグ氏は、光の中に渦を作り出す技術の人気が高まるにつれて、この構造の応用の可能性は非常に広いと指摘した。「この分野は急速に発展しており、光学におけるこれらの構造の新たな用途が模索されています。その中でも、情報伝達能力は特に懸念される側面です。」
レーザー渦輪を実現するために、研究チームは光の強度と位相を精密に調整することで、レーザーパルスにドーナツのような形状と煙の輪のような回転特性を与えることに成功した。
光は電磁波であり、その位相によって振動中の波の各部分の位置が決まります。これらのレーザーパルスは 100 万分の 1 秒未満しか持続しないため、特定の時点で特定の位相値を与えた場合にのみ、目的の形状や特徴を作成できます。
実験中、研究チームは一連のレンズ、隆起結晶、小型プロジェクターに似た「空間光変調器」を使用してレーザーパルスを照射した。パルスがこれらの装置を通過して検出器に到達すると、一連の渦輪の形になり、「時空渦輪」として知られる。研究チームが構築した最大の渦輪は、28 個の異なる渦輪で構成されている。
次に、研究者たちはロゴ画像を渦輪特性の文字列にエンコードしました。原理の証明として、16 個の渦輪の文字列を使用して 16,384 ピクセルの画像を送信することに成功しました。しかし、将来の実験では、28 個の渦輪を含む文字列の方が、短時間で大量の情報を送信するより効率的な方法になるだろうと研究者たちは予想しています。
光でドーナツのような渦巻きを作るには、高度な精度と細部への注意が必要だと、南カリフォルニア大学のアラン・ウィルナー氏は言う。しかし、研究チームは、将来的にもっと多様な渦巻き構造を作るのに役立つ「レシピ」のようなガイドラインをいくつか提供した。
現在、世界中の研究グループがさまざまな興味深い構造化ライトを設計し、その潜在的な応用価値を探求しています。将来、科学者はさまざまな構造化ライトでさらに新たなブレークスルーをもたらすでしょう。
